一种薄膜体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，其中谐振器包括：衬底，衬底上开设有空腔；键合层，包括设在空腔外的衬底上表面的第一键合层和第二键合层，第一键合层的厚度小于第二键合层的厚度；底电极层，设在所述第一键合层的上表面，并完全覆盖空腔，使底电极层与第二键合层齐平；压电层，设在所述底电极层与第二键合层的上表面；压电层上开设有通孔，通孔贯穿压电层、底电极层、键合层与空腔相连通；顶电极层，设在压电层的上表面，顶电极层与底电极层在水平面上的正投影只有在对应空腔的位置相重合。其制备方法通过在完全去除掉硅之前，让空腔与外界实现相连通，在有足够强度的硅束缚力情况下，解决空腔内与大气气压之间存在的差异。

A thin film bulk acoustic resonator and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及声波谐振器领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。
技术介绍
目前，在商用的传统的FBAR制造技术上，主要分两大类，一是FBAR核心功能区的最外层界面与空气界面接触，形成声波全反射面，保障FBAR功能的有效实现；另一类是在硅衬底上并不进行刻腔，而是通过生长低声阻抗和高声阻抗交替的层结构，形成声传播反射面。这两种技术已经发展较为成熟，对于声传播反射面的形成，主要以空气界面来实现，效果较佳，对于这样的空气面形成，可以采用键合的方式来形成。但在实际操作中，键合的条件相当苛刻，且对设备的要求也高，而即使满足这些条件的情况下，良率也存在一定的问题。在键合去硅后，经常会遇到FBAR鼓包或凹陷的现象，主要是在键合之后，形成了两部分的空气部分，这两部分的空气部分没有形成连通，再加上键合前后环境存在明显差异，当硅衬底被去除后，薄膜就会容易出现鼓包或凹陷现象。其中一种方法是在键合之前，提前对压电层进行通孔刻蚀，保留这样一条通道，使得键合后再进行去硅处理，键合形成的空腔部分直接便能和外界大气相连通。但在实际中，刻蚀的速率在整个平面难以一致，且较薄的硅束缚力变小，便会在去硅的过程中，会出现不同程度的鼓包或凹陷。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种薄膜体声波谐振器，在压电层上刻有通孔，让空腔内的空气与外界相连通，避免出现鼓包或凹陷的现象，提高薄膜体声波谐振器制备良率。本专利技术的目的之二在于提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，在完全去除掉硅之前，就让空腔与外界实现相连通，在有足够强度的硅束缚力情况下，解决空腔内与大气气压之间存在的差异。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种薄膜体声波谐振器，包括：衬底，所述衬底上开设有空腔；键合层，包括第一键合层和第二键合层，所述第一键合层的厚度小于第二键合层的厚度，所述第一键合层和第二键合层分别设在所述空腔外的所述衬底的上表面；底电极层，所述底电极层的水平投影面积小于所述衬底的水平投影面积，所述底电极层设在所述第一键合层的上表面，并完全覆盖所述空腔，使所述底电极层与所述第二键合层齐平；压电层，设在所述底电极层与所述第二键合层的上表面；所述压电层上开设有通孔，所述通孔贯穿所述压电层、所述底电极层、所述键合层与所述空腔相连通；顶电极层，设在所述压电层的上表面，所述顶电极层的水平投影面积小于所述压电层的水平投影面积，所述顶电极层与所述底电极层在水平面上的正投影只有在对应所述空腔的位置相重合。进一步地，所述键合层设为金属键合层或化合物键合层。进一步地，所述底电极层和所述顶电极层设为钼金属电极层。进一步地，所述压电层设为氮化铝压电层。进一步地，与所述空腔相连通的所述通孔至少设有两个。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种薄膜体声波谐振器的制备方法，用于制备如上述的薄膜体声波谐振器，包括如下步骤：步骤S1：选取一晶圆硅片，并在所述晶圆硅片上刻有空腔；步骤S2：在所述空腔外的所述晶圆硅片上生长键合层；步骤S3：选取另一单晶硅片，并在所述单晶硅片上生长压电层；步骤S4：在所述压电层上生长底电极层，所述底电极层的水平面积小于所述压电层的水平面积；在所述底电极层外的所述压电层上生长键合层，使所述键合层与所述底电极层齐平；步骤S5：在所述底电极层与所述键合层的上表面再生长另一层键合层，该键合层的分布位置与所述步骤S2中的键合层相对应；步骤S6：对所述压电层刻蚀形成通孔，再将所述晶圆硅片和所述单晶硅片对准键合；步骤S7：在对原带有底电极层的所述单晶硅片进行减薄处理，再对减薄后剩余的硅进行图案化掩膜，其后对硅进行刻蚀形成通孔，使所述空腔通过通孔与外界相连通；步骤S8：对硅进行腐蚀去除，显露出所述压电层整面，在所述压电层的上表面生长顶电极层，使所述顶电极层与所述底电极层在水平面上的正投影只有在对应所述空腔的位置相重合。进一步地，所述空腔的开腔深度为2um～4um，所述空腔的内侧壁与所述空腔的底面垂直。进一步地，所述空腔、所述键合层、所述底电极层、所述顶电极层生成后均进行图形化处理，并在所述键合层、所述底电极层进行图形化处理时留有与所述空腔相连通的通道。进一步地，所述步骤S4之后还包括步骤S41：在所述底电极层和所述键合层的上表面生长有支撑层，所述支撑层完全覆盖所述底电极层和所述键合层的上表面或所述支撑层生长在所述空腔外的所述底电极层和所述键合层的上表面。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)在键合形成空腔之前，对压电层进行刻蚀形成通孔，使得键合后所述空腔内通过通孔与外界相连通，避免后续去硅后使空腔区域的薄膜鼓起或凹陷，从而提高谐振器的生产制备的良品率；(2)在完全去除掉硅之前，就让空腔与大气连通，使得硅束缚力的强度较大，可解决空腔内与大气气压之间存在的差异。附图说明图1为本专利技术实施例一薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图；图2为本专利技术实施例一薄膜体声波谐振器的俯视结构示意图；图3为本专利技术实施例一薄膜体声波谐振器的通孔分布的俯视示意图；图4a为本专利技术实施例一薄膜体声波谐振器中衬底的剖面结构示意图；图4b为本专利技术实施例二晶圆硅片上生长键合层的剖面结构示意图；图4c为本专利技术实施例二单晶硅片上生长压电层的剖面结构示意图；图4d为本专利技术实施例二压电层上生长底电极层的剖面结构示意图；图4e为本专利技术实施例二压电层上生长键合层的剖面结构示意图；图4f为本专利技术实施例二底电极层上表面生长键合层的剖面结构示意图；图4g为本专利技术实施例二压电层上刻蚀通孔的剖面结构示意图；图4h为本专利技术实施例二晶圆硅片与单晶硅片键合的剖面结构示意图；图4i为本专利技术实施例二对硅进行减薄处理的剖面结构示意图；图4j为本专利技术实施例二在硅表面增加掩膜的剖面结构示意图；图4k为本专利技术实施例二对硅进行刻蚀形成通孔的剖面结构示意图；图4l为本专利技术实施例二对硅进行腐蚀去除后显露出压电层表面的剖面结构示意图；图4m为本专利技术实施例二压电层上生长顶电极层的剖面结构示意图；图5为本专利技术实施例三中具有支撑层的键合结构；图6为本专利技术实施例三中具有全支撑的键合结构。图中：1、晶圆硅片；101、空腔；2、键合层；201、第一键合层；202、第二键合层；3、底电极层；4、压电层；5、顶电极层；6、通孔；7、单晶硅片；8、掩膜层；9、支撑层。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。实施例一如图1～3所示，一种薄膜体声波谐振器，包括有一衬底，所述衬底设为硅衬底，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：/n衬底，所述衬底上开设有空腔；/n键合层，包括第一键合层和第二键合层，所述第一键合层的厚度小于第二键合层的厚度，所述第一键合层和第二键合层分别设在所述空腔外的所述衬底的上表面；/n底电极层，所述底电极层的水平投影面积小于所述衬底的水平投影面积，所述底电极层设在所述第一键合层的上表面，并完全覆盖所述空腔，使所述底电极层与所述第二键合层齐平；/n压电层，设在所述底电极层与所述第二键合层的上表面；所述压电层上开设有通孔，所述通孔贯穿所述压电层、所述底电极层、所述键合层与所述空腔相连通；/n顶电极层，设在所述压电层的上表面，所述顶电极层的水平投影面积小于所述压电层的水平投影面积，所述顶电极层与所述底电极层在水平面上的正投影只有在对应所述空腔的位置相重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底上开设有空腔；
键合层，包括第一键合层和第二键合层，所述第一键合层的厚度小于第二键合层的厚度，所述第一键合层和第二键合层分别设在所述空腔外的所述衬底的上表面；
底电极层，所述底电极层的水平投影面积小于所述衬底的水平投影面积，所述底电极层设在所述第一键合层的上表面，并完全覆盖所述空腔，使所述底电极层与所述第二键合层齐平；
压电层，设在所述底电极层与所述第二键合层的上表面；所述压电层上开设有通孔，所述通孔贯穿所述压电层、所述底电极层、所述键合层与所述空腔相连通；
顶电极层，设在所述压电层的上表面，所述顶电极层的水平投影面积小于所述压电层的水平投影面积，所述顶电极层与所述底电极层在水平面上的正投影只有在对应所述空腔的位置相重合。


2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述键合层设为金属键合层或化合物键合层。


3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述底电极层和所述顶电极层设为钼金属电极层。


4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层设为氮化铝压电层。


5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，与所述空腔相连通的所述通孔至少设有两个。


6.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，用于制备如权利要求1～5任一所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：选取一晶圆硅片，并在所述晶圆硅片上刻有空腔；
步骤S2：在所述空腔外的所述晶圆硅片上生长键合层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44